JP3512249B2 - heatsink - Google Patents

heatsink

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JP3512249B2
JP3512249B2 JP27357094A JP27357094A JP3512249B2 JP 3512249 B2 JP3512249 B2 JP 3512249B2 JP 27357094 A JP27357094 A JP 27357094A JP 27357094 A JP27357094 A JP 27357094A JP 3512249 B2 JP3512249 B2 JP 3512249B2
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water
cooling
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heat sink
channel
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貞雄 中井
正宣 山中
博文 宮島
武司 神崎
博文 菅
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は水冷構造を有するヒート
シンクに関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、この種のヒートシンクとしては、
例えば、図3に示す高出力LD(レーザーダイオード)
アレイ用のヒートシンクがある。ここで、同図(a)は
このヒートシンクの断面図、同図(b)は平面図を示し
ている。このLDアレイ用ヒートシンクには、LD発振
波長の動的な変動を抑えることはもちろんのこと、出射
されたレーザビームの空間的なばらつきを最小限に抑制
する機能を果たすことが必要とされる。このため、この
ヒートシンクではLDアレイの放熱を円滑に行うために
水冷構造が備えられている。つまり、放熱体1には上面
水路2aと下面水路2bとの2層構造をした水路2が設
けられている。この水路2の注入口3から取り込まれた
冷却水は上面水路2aにおいて広げられる。広げられた
冷却水はLDアレイ4を一様に冷却し、冷却後、下面水
路2bを通って排出口5に戻される。放熱体1はシリコ
ン結晶からなり、上面水路2aおよび下面水路2bはこ
のシリコン(Si)結晶が微細加工されて形成されてい
る。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のヒートシンクにおいては、上記のように微細加工技
術を用いて上面水路2aおよび下面水路2bを形成して
いるため、ヒートシンクの作製工程が複雑になるという
問題があった。また、Siは機械的に脆いため、ヒート
シンクの耐久性にも問題があった。 【0004】本発明はこのような課題を解消するために
なされたもので、棒状に形成されたレーザダイオードア
レイの全体を一様に冷却し、前記レーザダイオードアレ
イを構成する各レーザダイオード素子の間での発振波長
のばらつきを抑えるためのヒートシンクであって、レー
ザダイオードアレイに接触させられる放熱体と、この放
熱体に形成された水路とを備え、この水路に冷却水を流
してレーザダイオードアレイを冷却するヒートシンクに
おいて、水路は、小孔が形成され加圧水が供給される加
圧水路と、小孔から噴射された冷却水が当てられるレー
ザダイオードアレイの近傍に設けられた冷却部と、この
冷却部で用いられた冷却水を排出する排出水路とから構
成されおり、冷却部に凹凸が形成されており、加圧水路
に他の部分よりも加圧水の流れる方向に垂直な断面の径
が大きい水溜部が形成され、この水溜部に小孔が複数形
成されており、放熱体が銅製であることを特徴とするも
のである。 【0005】 【0006】 【0007】 【作用】小孔から噴射された冷却水は冷却部に高圧で噴
きつけられ、発熱体から冷却部に伝わった熱はこの冷却
水によって効果的に奪われる。一方、本構造は脆いシリ
コン結晶を用いなくても構成される。 【0008】また、冷却部に凹凸が形成されていると、
冷却部の表面積は増大し、冷却水との接触面積は増大す
る。 【0009】また、加圧水路に水溜部が形成され、この
水溜部に複数の小孔が形成されていると、各小孔から噴
射される高圧の冷却水は冷却部に同時に噴きつけられ
る。 【0010】 【実施例】図1は本発明の一実施例によるヒートシンク
を示す側面図であり、図2はこのヒートシンクの上面図
である。 【0011】放熱体11の上面端部には発熱体であるL
Dバー12が載置されている。このLDバー12はLD
が棒状に形成されたものであり、放熱体11の端部にお
いて図1の紙面に垂直な方向に延びている。LDバー1
2から出射されたレーザービームはマイクロレンズ13
によって集束されて出射される。放熱体11の内部には
LDバー12を冷却するための水路が形成されている。
水路は、加圧水路14と冷却部15と排出水路16とか
ら構成されている。加圧水路14は円筒状の銅製パイプ
からなり、この加圧水路14の端部には直角に太めの銅
製パイプが溶接され、水溜部14aが形成されている。
この水溜部14aには、LDバー12の配設方向に沿っ
て複数の小孔17が形成されている。これら加圧水路1
4および水溜部14aは放熱体11の内部に形成された
空洞部に挿入、固定されて構成されている。この空洞部
は、厚さ1mmの銅板からなる放熱体11の内部が切削
されて形成されている。LDバー12の下方にある空洞
部は冷却部15を構成しており、LDバー12の近傍の
冷却部15には凹凸面15aが形成されている。この凹
凸面15aは、各小孔17から噴射される冷却水が噴き
つけられる位置に形成されている。放熱体11の残余の
空洞部は排出水路16を構成している。 【0012】このような構成において、加圧水路14に
注入された冷却水は高圧力になり、加圧された冷却水は
各小孔17から噴射する。噴射した冷却水は凹凸面15
aに噴きつけられ、排出水路16に集められて排出され
る。 【0013】本実施例によるヒートシンクにおいては、
小孔17から噴射された冷却水は冷却部15の内壁に高
圧で噴きつけられ、LDバー12から冷却部15に伝わ
った熱はこの冷却水によって効果的に奪われる。一方、
本実施例によるヒートシンクは、耐久性の高い銅板およ
び銅製パイプによって形成され、従来のように脆いシリ
コン結晶を用いなくても構成できる。このため、ヒート
シンクの作製工程に微細で複雑な従来の加工工程が必要
とされなくなり、比較的容易に耐久性の高いヒートシン
クを製造することが可能となる。 【0014】また、冷却水が噴きつけられる冷却部15
の内壁に凹凸面15aが形成されているため、冷却部1
5の表面積は増大する。よって、冷却部15と冷却水と
の接触面積が増大するため、LDバー12から冷却部1
5に伝えられた熱はより効率的に冷却水に奪われ、ヒー
トシンクの熱交換の効率は向上する。 【0015】また、加圧水路14に水溜部14aが形成
され、この水溜部14aに複数の小孔17が形成されて
いるため、各小孔17から噴射される高圧の冷却水は冷
却部15に同時に噴きつけられる。このため、棒状に長
く形成されたLDバー12であっても、多量の冷却水に
よって全体的に効率良く冷却される。 【0016】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、小
孔から噴射された冷却水は冷却部に高圧で噴きつけら
れ、発熱体から冷却部に伝わった熱はこの冷却水によっ
て効果的に奪われる。一方、本構造は脆いシリコン結晶
を用いなくても構成できる。このため、ヒートシンクの
作製工程に微細で複雑な加工工程が必要とされなくな
り、比較的容易に耐久性の高いヒートシンクを製造する
ことが可能となる。 【0017】また、冷却部に凹凸が形成されていると、
冷却部の表面積は増大し、冷却水との接触面積は増大す
る。このため、発熱体から冷却部に伝えられた熱はより
効率的に冷却水に奪われ、ヒートシンクの熱交換の効率
は向上する。 【0018】また、加圧水路に水溜部が形成され、この
水溜部に複数の小孔が形成されていると、各小孔から噴
射される高圧の冷却水は冷却部に同時に噴きつけられ
る。このため、発熱体は全体的に効率良く冷却される。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat sink having a water cooling structure. [0002] Conventionally, as this kind of heat sink,
For example, a high-power LD (laser diode) shown in FIG.
There is a heat sink for the array. Here, FIG. 3A is a cross-sectional view of the heat sink, and FIG. 3B is a plan view. This LD array heat sink is required to not only suppress the dynamic fluctuation of the LD oscillation wavelength but also perform the function of minimizing the spatial variation of the emitted laser beam. For this reason, this heat sink is provided with a water cooling structure in order to smoothly radiate heat from the LD array. That is, the radiator 1 is provided with the water channel 2 having a two-layer structure of the upper water channel 2a and the lower water channel 2b. The cooling water taken in from the inlet 3 of the channel 2 is spread in the upper channel 2a. The spread cooling water uniformly cools the LD array 4, and after cooling, returns to the outlet 5 through the lower surface water channel 2 b. The radiator 1 is made of silicon crystal, and the upper surface water channel 2a and the lower surface water channel 2b are formed by finely processing the silicon (Si) crystal. However, in the above-mentioned conventional heat sink, since the upper surface water channel 2a and the lower surface water channel 2b are formed by using the fine processing technique as described above, the manufacturing process of the heat sink is not required. There was a problem that it became complicated. Further, since Si is mechanically fragile, there is a problem in durability of the heat sink. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and uniformly cools the entirety of a rod-shaped laser diode array so that the space between the laser diode elements constituting the laser diode array is reduced. A heat sink for suppressing the variation of the oscillation wavelength of the laser diode array, comprising a radiator that is brought into contact with the laser diode array, and a water path formed in the heat radiator, and flowing cooling water through the water path to form the laser diode array. In the heat sink for cooling, the water path is formed by a pressurized water path in which a small hole is formed and the pressurized water is supplied, a cooling unit provided near the laser diode array to which the cooling water injected from the small hole is applied, and a cooling unit. And a discharge channel for discharging the used cooling water. Diameter of the cross section perpendicular to the flow direction of the medium pressure is large water reservoir is formed, and the small hole is formed in plurality on the water reservoir, and is characterized in that the heat radiator is made of copper. [0007] The cooling water jetted from the small holes is jetted at a high pressure to the cooling section, and the heat transmitted from the heating element to the cooling section is effectively taken away by the cooling water. On the other hand, this structure can be configured without using a brittle silicon crystal. In addition, when the cooling portion has irregularities,
The surface area of the cooling section increases, and the contact area with the cooling water increases. Further, when a water reservoir is formed in the pressurized water channel and a plurality of small holes are formed in the water reservoir, high-pressure cooling water injected from each of the small holes is simultaneously sprayed to the cooling unit. FIG. 1 is a side view showing a heat sink according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of the heat sink. A heat generating element L is provided at an upper end of the heat radiating body 11.
The D bar 12 is placed. This LD bar 12 is LD
Are formed in a rod shape, and extend in the direction perpendicular to the plane of FIG. LD bar 1
The laser beam emitted from 2 is a micro lens 13
Are focused and emitted. A water passage for cooling the LD bar 12 is formed inside the radiator 11.
The water channel includes a pressurized water channel 14, a cooling unit 15, and a discharge water channel 16. The pressurized water channel 14 is formed of a cylindrical copper pipe, and a thick copper pipe is welded at a right angle to an end of the pressurized water channel 14 to form a water reservoir 14a.
A plurality of small holes 17 are formed in the water reservoir 14a along the direction in which the LD bar 12 is provided. These pressurized channels 1
The water reservoir 4 and the water reservoir 14a are inserted into and fixed to a cavity formed inside the heat radiator 11. This hollow portion is formed by cutting the inside of a heat radiator 11 made of a copper plate having a thickness of 1 mm. The cavity below the LD bar 12 forms a cooling unit 15, and the cooling unit 15 near the LD bar 12 has an uneven surface 15 a. The uneven surface 15a is formed at a position where the cooling water sprayed from each small hole 17 is sprayed. The remaining hollow portion of the heat radiator 11 forms a discharge channel 16. In such a configuration, the cooling water injected into the pressurized water passage 14 has a high pressure, and the pressurized cooling water is jetted from each small hole 17. The sprayed cooling water has an uneven surface 15
a and is collected in the discharge channel 16 and discharged. In the heat sink according to the present embodiment,
The cooling water injected from the small holes 17 is sprayed at a high pressure on the inner wall of the cooling unit 15, and the heat transmitted from the LD bar 12 to the cooling unit 15 is effectively taken away by the cooling water. on the other hand,
The heat sink according to the present embodiment is formed by a highly durable copper plate and a copper pipe, and can be configured without using a brittle silicon crystal as in the related art. This eliminates the necessity of a fine and complicated conventional processing step in the manufacturing process of the heat sink, and makes it possible to manufacture a highly durable heat sink relatively easily. Further, a cooling unit 15 into which cooling water is sprayed
The concave and convex surface 15a is formed on the inner wall of the
The surface area of 5 increases. Therefore, since the contact area between the cooling unit 15 and the cooling water increases, the cooling unit 1
The heat transferred to the heat sink 5 is more efficiently taken by the cooling water, and the heat exchange efficiency of the heat sink is improved. Further, since a water reservoir 14a is formed in the pressurized water channel 14 and a plurality of small holes 17 are formed in the water reservoir 14a, high-pressure cooling water injected from each small hole 17 is supplied to the cooling unit 15. Spouted at the same time. For this reason, even if the LD bar 12 is formed in a long rod shape, it is efficiently cooled overall by a large amount of cooling water. As described above, according to the present invention, the cooling water jetted from the small holes is jetted at a high pressure to the cooling section, and the heat transmitted from the heating element to the cooling section is generated by the cooling water. Effectively deprived by. On the other hand, this structure can be configured without using a brittle silicon crystal. Therefore, a fine and complicated processing step is not required in the heat sink manufacturing process, and a highly durable heat sink can be manufactured relatively easily. Further, if the cooling portion has irregularities,
The surface area of the cooling section increases, and the contact area with the cooling water increases. For this reason, the heat transmitted to the cooling unit from the heating element is more efficiently taken by the cooling water, and the heat exchange efficiency of the heat sink is improved. When a water reservoir is formed in the pressurized water channel and a plurality of small holes are formed in the water reservoir, high-pressure cooling water injected from each of the small holes is simultaneously sprayed to the cooling unit. Therefore, the heating element is efficiently cooled as a whole.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例によるヒートシンクを示す側
面図である。 【図2】本実施例によるヒートシンクを示す上面図であ
る。 【図3】従来のヒートシンクを示す図である。 【符号の説明】 11…放熱体、12…LDバー、13…マイクロレン
ズ、14…加圧水路、14a…水溜部、15…冷却部、
15a…凹凸面、16…排出水路、17…小孔。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a side view showing a heat sink according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a top view showing the heat sink according to the embodiment. FIG. 3 is a view showing a conventional heat sink. [Description of Signs] 11: heat dissipator, 12: LD bar, 13: micro lens, 14: pressurized water channel, 14a: water reservoir, 15: cooling unit,
15a: uneven surface, 16: discharge channel, 17: small hole.

フロントページの続き (72)発明者 宮島 博文 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 神崎 武司 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 菅 博文 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−168685(JP,A) 特開 平4−152659(JP,A) 実開 昭58−85370(JP,U) 実開 平3−79450(JP,U) 実開 昭61−76965(JP,U) 実公 昭63−42534(JP,Y2) 特表 平5−508265(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 7/20 H01L 23/34 - 27/473 H01S 3/18 Continued on the front page (72) Inventor Hirofumi Miyajima 1126, Nomachi, Ichinomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Inside (72) Inventor Takeshi Kanzaki 1126, 1126, Ichinomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Inside (72) Hamamatsu Photonics Co., Ltd. ) Inventor Hirofumi Suga 1126-1 Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Inside Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (56) References JP-A-59-166865 (JP, A) JP-A-4-152659 (JP, A) 58-85370 (JP, U) JP-A 3-79450 (JP, U) JP-A 61-76965 (JP, U) JP-A 63-42534 (JP, Y2) A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05K 7/20 H01L 23/34-27/473 H01S 3/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 棒状に形成されたレーザダイオードアレ
の全体を一様に冷却し、前記レーザダイオードアレイ
を構成する各レーザダイオード素子の間での発振波長の
ばらつきを抑えるためのヒートシンクであって、 前記レーザダイオードアレイに接触させられる放熱体
と、この放熱体に形成された水路とを備え、この水路に
冷却水を流して前記レーザダイオードアレイを冷却する
ヒートシンクにおいて、 前記水路は、小孔が形成され加圧水が供給される加圧水
路と、前記小孔から噴射された冷却水が当てられる前記
レーザダイオードアレイの近傍に設けられた冷却部と、
この冷却部で用いられた冷却水を排出する排出水路とか
ら構成されおり、 前記冷却部に凹凸が形成されており、 前記加圧水路に他の部分よりも加圧水の流れる方向に垂
直な断面の径が大きい水溜部が形成され、この水溜部に
前記小孔が複数形成されており、 前記放熱体が銅製であることを特徴とするヒートシン
ク。
(57) [Claim 1] The entirety of a rod-shaped laser diode array is uniformly cooled, and the laser diode array is cooled.
Of the oscillation wavelength between the laser diode elements
A heat sink for suppressing variation , comprising: a heat radiator to be brought into contact with the laser diode array; and a water channel formed in the heat radiator, and a cooling water flowing through the water channel to cool the laser diode array. In the water channel, a pressurized water channel in which small holes are formed and pressurized water is supplied, and a cooling unit provided in the vicinity of the laser diode array to which the cooling water injected from the small holes is applied,
A discharge channel for discharging the cooling water used in the cooling section, wherein the cooling section has irregularities, and a diameter of a cross section perpendicular to the direction in which the pressurized water flows in the pressurized water channel than other portions. A heat sink, wherein a large water reservoir is formed, a plurality of the small holes are formed in the water reservoir, and the radiator is made of copper.
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